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Java SE 6 新特性: HTTP 增强
 
作者：李 夷磊,胡 睿 出处：IBM
 
本文内容包括：

2006 年底，Sun 公司发布了 Java Standard Edition 6（Java SE 6）的最终正式版，代号 Mustang（野马）。跟 Tiger（Java SE 5）相比，Mustang 在性能方面有了不错的提升。与 Tiger 在 API 库方面的大幅度加强相比，虽然 Mustang 在 API 库方面的新特性显得不太多，但是也提供了许多实用和方便的功能：在脚本，WebService，XML，编译器 API，数据库，JMX，网络和 Instrumentation 方面都有不错的新特性和功能加强。 本系列 文章主要介绍 Java SE 6 在 API 库方面的部分新特性，通过一些例子和讲解，帮助开发者在编程实践当中更好的运用 Java SE 6，提高开发效率。

本文是系列文章的第二篇，介绍了Java SE 6 在 HTTP 方面的新特性。

概述

Java 语言从诞生的那天起，就非常注重网络编程方面的应用。随着互联网应用的飞速发展，Java 的基础类库也不断地对网络相关的 API 进行加强和扩展。在 Java SE 6 当中，围绕着 HTTP 协议出现了很多实用的新特性：NTLM 认证提供了一种 Window 平台下较为安全的认证机制；JDK 当中提供了一个轻量级的 HTTP 服务器；提供了较为完善的 HTTP Cookie 管理功能；更为实用的 NetworkInterface；DNS 域名的国际化支持等等。

NTLM 认证

不可避免，网络中有很多资源是被安全域保护起来的。访问这些资源需要对用户的身份进行认证。下面是一个简单的例子：

import java.net.*;
import java.io.*;

public class Test {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		URL url = new URL("http://PROTECTED.com");
		URLConnection connection = url.openConnection();
		InputStream in = connection.getInputStream();
		byte[] data = new byte[1024];
		while(in.read(data)>0)
		{
			//do something for data
		}
		in.close();
	}
}

当 Java 程序试图从一个要求认证的网站读取信息的时候，也就是说，从联系于 http://Protected.com 这个 URLConnection 的 InputStream 中 read 数据时，会引发 FileNotFoundException。尽管笔者认为，这个 Exception 的类型与实际错误发生的原因实在是相去甚远；但这个错误确实是由网络认证失败所导致的。

要解决这个问题，有两种方法：

其一，是给 URLConnection 设定一个“Authentication”属性：

String credit = USERNAME + ":" + PASSWORD;
String encoding = new sun.misc.BASE64Encoder().encode (credit.getBytes());
connection.setRequestProperty ("Authorization", "Basic " + encoding);

这里假设 http://PROTECTED.COM 使用了基本（Basic）认证类型。

从上面的例子，我们可以看出，设定 Authentication 属性还是比较复杂的：用户必须了解认证方式的细节，才能将用户名/密码以一定的规范给出，然后用特定的编码方式加以编码。Java 类库有没有提供一个封装了认证细节，只需要给出用户名/密码的工具呢？

这就是我们要介绍的另一种方法，使用 java.net.Authentication 类。

每当遇到网站需要认证的时候，HttpURLConnection 都会向 Authentication 类询问用户名和密码。

Authentication 类不会知道究竟用户应该使用哪个 username/password 那么用户如何向 Authentication 类提供自己的用户名和密码呢?

提供一个继承于 Authentication 的类，实现 getPasswordAuthentication 方法，在 PasswordAuthentication 中给出用户名和密码：

class DefaultAuthenticator extends Authenticator {
	public PasswordAuthentication getPasswordAuthentication () {
		return new PasswordAuthentication ("USER", "PASSWORD".toCharArray());
	}
}

然后，将它设为默认的（全局）Authentication:

Authenticator.setDefault (new DefaultAuthenticator());

那么，不同的网站需要不同的用户名/密码又怎么办呢?

Authentication 提供了关于认证发起者的足够多的信息，让继承类根据这些信息进行判断，在 getPasswordAuthentication 方法中给出了不同的认证信息：

  • getRequestingHost()
  • getRequestingPort()
  • getRequestingPrompt()
  • getRequestingProtocol()
  • getRequestingScheme()
  • getRequestingURL()
  • getRequestingSite()
  • getRequestorType()

另一件关于 Authentication 的重要问题是认证类型。不同的认证类型需要 Authentication 执行不同的协议。至 Java SE 6.0 为止，Authentication 支持的认证方式有：

  • HTTP Basic authentication
  • HTTP Digest authentication
  • NTLM
  • Http SPNEGO Negotiate
    • Kerberos
    • NTLM

这里我们着重介绍 NTLM。

NTLM 是 NT LAN Manager 的缩写。早期的 SMB 协议在网络上明文传输口令，这是很不安全的。微软随后提出了 WindowsNT 挑战/响应验证机制，即 NTLM。

NTLM 协议是这样的：

  1. 客户端首先将用户的密码加密成为密码散列；
  2. 客户端向服务器发送自己的用户名，这个用户名是用明文直接传输的；
  3. 服务器产生一个 16 位的随机数字发送给客户端，作为一个 challenge（挑战） ；
  4. 客户端用步骤1得到的密码散列来加密这个 challenge ，然后把这个返回给服务器；
  5. 服务器把用户名、给客户端的 challenge 、客户端返回的 response 这三个东西，发送域控制器 ；
  6. 域控制器用这个用户名在 SAM 密码管理库中找到这个用户的密码散列，然后使用这个密码散列来加密 challenge；
  7. 域控制器比较两次加密的 challenge ，如果一样，那么认证成功；

Java 6 以前的版本，是不支持 NTLM 认证的。用户若想使用 HttpConnection 连接到一个使用有 Windows 域保护的网站时，是无法通过 NTLM 认证的。另一种方法，是用户自己用 Socket 这样的底层单元实现整个协议过程，这无疑是十分复杂的。

终于，Java 6 的 Authentication 类提供了对 NTLM 的支持。使用十分方便，就像其他的认证协议一样：

class DefaultAuthenticator extends Authenticator {
	private static String username = "username ";
	private static String domain =  "domain ";
	private static String password =  "password ";
   
	public PasswordAuthentication getPasswordAuthentication() {
		String usernamewithdomain = domain + "/ "+username;
		return (new PasswordAuthentication(usernamewithdomain, password.toCharArray()));
	}
}

这里，根据 Windows 域账户的命名规范，账户名为域名+”/”+域用户名。如果不想每生成 PasswordAuthentication 时，每次添加域名，可以设定一个系统变量名“http.auth.ntlm.domain“。

Java 6 中 Authentication 的另一个特性是认证协商。目前的服务器一般同时提供几种认证协议，根据客户端的不同能力，协商出一种认证方式。比如，IIS 服务器会同时提供 NTLM with kerberos 和 NTLM 两种认证方式，当客户端不支持 NTLM with kerberos 时，执行 NTLM 认证。

目前，Authentication 的默认协商次序是：

GSS/SPNEGO -> Digest -> NTLM -> Basic

那么 kerberos 的位置究竟在哪里呢?

事实上，GSS/SPNEGO 以 JAAS 为基石，而后者实际上就是使用 kerberos 的。

轻量级 HTTP 服务器

Java 6 还提供了一个轻量级的纯 Java Http 服务器的实现。下面是一个简单的例子：

public static void main(String[] args) throws Exception{
	HttpServerProvider httpServerProvider = HttpServerProvider.provider();
	InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress(7778);
	HttpServer httpServer = httpServerProvider.createHttpServer(addr, 1);
	httpServer.createContext("/myapp/", new MyHttpHandler());
	httpServer.setExecutor(null);
	httpServer.start();
	System.out.println("started");
}

static class MyHttpHandler implements HttpHandler{
	public void handle(HttpExchange httpExchange) throws IOException {          
		String response = "Hello world!";
		httpExchange.sendResponseHeaders(200, response.length());
		OutputStream out = httpExchange.getResponseBody();
		out.write(response.getBytes());
		out.close();
	}  
}

然后，在浏览器中访问 http://localhost:7778/myapp/，我们得到：

图一 浏览器显示
浏览器显示

首先，HttpServer 是从 HttpProvider 处得到的，这里我们使用了 JDK 6 提供的实现。用户也可以自行实现一个 HttpProvider 和相应的 HttpServer 实现。

其次，HttpServer 是有上下文（context）的概念的。比如，http://localhost:7778/myapp/ 中“/myapp/”就是相对于 HttpServer Root 的上下文。对于每个上下文，都有一个 HttpHandler 来接收 http 请求并给出回答。

最后，在 HttpHandler 给出具体回答之前，一般先要返回一个 Http head。这里使用 HttpExchange.sendResponseHeaders(int code, int length)。其中 code 是 Http 响应的返回值，比如那个著名的 404。length 指的是 response 的长度，以字节为单位。

Cookie 管理特性

Cookie 是 Web 应用当中非常常用的一种技术， 用于储存某些特定的用户信息。虽然，我们不能把一些特别敏感的信息存放在 Cookie 里面，但是，Cookie 依然可以帮助我们储存一些琐碎的信息，帮助 Web 用户在访问网页时获得更好的体验，例如个人的搜索参数，颜色偏好以及上次的访问时间等等。网络程序开发者可以利用 Cookie 来创建有状态的网络会话（Stateful Session）。 Cookie 的应用越来越普遍。在 Windows 里面，我们可以在“Documents And Settings”文件夹里面找到IE使用的 Cookie，假设用户名为 admin，那么在 admin 文件夹的 Cookies 文件夹里面，我们可以看到名为“admin@(domain)”的一些文件，其中的 domain 就是表示创建这些 Cookie 文件的网络域， 文件里面就储存着用户的一些信息。

JavaScript 等脚本语言对 Cookie 有着很不错的支持。 .NET 里面也有相关的类来支持开发者对 Cookie 的管理。 不过，在 Java SE 6 之前， Java一直都没有提供 Cookie 管理的功能。在 Java SE 5 里面， java.net 包里面有一个 CookieHandler 抽象类，不过并没有提供其他具体的实现。到了 Java SE 6， Cookie 相关的管理类在 Java 类库里面才得到了实现。有了这些 Cookie 相关支持的类，Java 开发者可以在服务器端编程中很好的操作 Cookie， 更好的支持 HTTP 相关应用，创建有状态的 HTTP 会话。

  • 用 HttpCookie 代表 Cookie

    java.net.HttpCookie 类是 Java SE 6 新增的一个表示 HTTP Cookie 的新类， 其对象可以表示 Cookie 的内容， 可以支持所有三种 Cookie 规范：

    • Netscape 草案
    • RFC 2109 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2109.txt
    • RFC 2965 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2965.txt

    这个类储存了 Cookie 的名称，路径，值，协议版本号，是否过期，网络域，最大生命期等等信息。

  • 用 CookiePolicy 规定 Cookie 接受策略

    java.net.CookiePolicy 接口可以规定 Cookie 的接受策略。 其中唯一的方法用来判断某一特定的 Cookie 是否能被某一特定的地址所接受。 这个类内置了 3 个实现的子类。一个类接受所有的 Cookie，另一个则拒绝所有，还有一个类则接受所有来自原地址的 Cookie。

  • 用CookieStore 储存 Cookie

    java.net.CookieStore 接口负责储存和取出 Cookie。 当有 HTTP 请求的时候，它便储存那些被接受的 Cookie； 当有 HTTP 回应的时候，它便取出相应的 Cookie。 另外，当一个 Cookie 过期的时候，它还负责自动删去这个 Cookie。

  • 用 CookieManger/CookieHandler 管理 Cookie

    java.net.CookieManager 是整个 Cookie 管理机制的核心，它是 CookieHandler 的默认实现子类。下图显示了整个 HTTP Cookie 管理机制的结构：

    图 2. Cookie 管理类的关系
    图 2. Cookie 管理类的关系

    一个 CookieManager 里面有一个 CookieStore 和一个 CookiePolicy，分别负责储存 Cookie 和规定策略。用户可以指定两者，也可以使用系统默认的 CookieManger。

  • 例子

    下面这个简单的例子说明了 Cookie 相关的管理功能：

    // 创建一个默认的 CookieManager
CookieManager manager = new CookieManager();

// 将规则改掉，接受所有的 Cookie
manager.setCookiePolicy(CookiePolicy.ACCEPT_ALL);

// 保存这个定制的 CookieManager
CookieHandler.setDefault(manager);
        
// 接受 HTTP 请求的时候，得到和保存新的 Cookie
HttpCookie cookie = new HttpCookie("...(name)...","...(value)...");
manager.getCookieStore().add(uri, cookie);
        
// 使用 Cookie 的时候：
// 取出 CookieStore        
CookieStore store = manager.getCookieStore();

// 得到所有的 URI        
List<URI> uris = store.getURIs();
for (URI uri : uris) {
	// 筛选需要的 URI
	// 得到属于这个 URI 的所有 Cookie
	List<HttpCookie> cookies = store.get(uri);
	for (HttpCookie cookie : cookies) {
		// 取出了 Cookie
	}
}
        
// 或者，取出这个 CookieStore 里面的全部 Cookie
// 过期的 Cookie 将会被自动删除
List<HttpCookie> cookies = store.getCookies();
for (HttpCookie cookie : cookies) {
	// 取出了 Cookie
}

其他新特性

NetworkInterface 的增强

从 Java SE 1.4 开始，JDK 当中出现了一个网络工具类 java.net.NetworkInterface，提供了一些网络的实用功能。 在 Java SE 6 当中，这个工具类得到了很大的加强，新增了很多实用的方法。例如：

  • public boolean isUp()

    用来判断网络接口是否启动并运行

  • public boolean isLoopback()

    用来判断网络接口是否是环回接口（loopback）

  • public boolean isPointToPoint()

    用来判断网络接口是否是点对点（P2P）网络

  • public boolean supportsMulticast()

    用来判断网络接口是否支持多播

  • public byte[] getHardwareAddress()

    用来得到硬件地址（MAC）

  • public int getMTU()

    用来得到最大传输单位（MTU，Maximum Transmission Unit）

  • public boolean isVirtual()

    用来判断网络接口是否是虚拟接口

关于此工具类的具体信息，请参考 Java SE 6 相应文档（见 参考资源）。

域名的国际化

在最近的一些 RFC 文档当中，规定 DNS 服务器可以解析除开 ASCII 以外的编码字符。有一个算法可以在这种情况下做 Unicode 与 ASCII 码之间的转换，实现域名的国际化。java.net.IDN 就是实现这个国际化域名转换的新类，IDN 是“国际化域名”的缩写（internationalized domain names）。这个类很简单，主要包括 4 个静态函数，做字符的转换。

结语

Java SE 6 有着很多 HTTP 相关的新特性，使得 Java SE 平台本身对网络编程，尤其是基于 HTTP 协议的因特网编程，有了更加强大的支持。

参考资料

 

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